專利名稱：一種基于柔性陣列壓力傳感器的跑步機自適應調速系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及健身設備領域，特別涉及一種基于柔性陣列壓力傳感器的跑步機自適應調速系統。
背景技術：
隨著經濟的快速發展和人們生活水平的不斷提高，人們越來越重視自身的健康， 健身熱潮一浪高過一浪，從到公共健身房鍛煉逐漸過渡到建立家庭健身房。跑步機由于其運動形式簡單常常作為家庭首選器材，其不但屏蔽了場地與環境的限制，排除了鍛煉進行的諸多障礙。經過多年的發展，積累豐富了多種跑步場景模式以及強度控制程序，并逐步加載了娛樂、網絡通話等數字功能，使之成為了當前跑步運動鍛煉的一個重要載體。跑步機通過改變跑臺自身的坡度、速度來調整鍛煉的強度，同時采集并反饋心率等鍛煉信息，從而幫助跑步者完成既定的鍛煉目標，達到科學健身的良好效果。跑是人體水平位移的一種基本運動形式，是單腳支撐與騰空相交替、蹬與擺相配合的周期性運動。跑步機除了作為家庭及健身房的器材之外，也可用于專業運動員的訓練過程中，能夠增強腿部肌肉的收縮能力，有效提高運動員的步長和步頻等等。在專業運動員的訓練計劃中，變速跑是必不可少的一項訓練內容。可是在目前流行的跑步機上都不能實現這一功能。運動員只能在實地上鍛煉，并且需要佩戴很多儀器來測試各種數據，往往能夠測得的數據并不全面。現在流行的電動跑步機的調速方式都是依據跑步者的心率變化來改變速度。跑步者在跑步的過程中只能跟著跑步機的速度或者自己手動去改變跑步機的速度，很不方便。傳統的機械式跑步機，人們可以自由的在上面奔跑，但是為了克服機械系統的摩擦力，人們比平常的跑步要付出更多的蹬力，很多鍛煉者遭受了嚴重的運動損傷(膝蓋)，換來的只是小腿肌肉的發達。為了解決機械式跑步機的缺點，誕生了電動式跑步機，它不需要人們克服機械系統的摩擦力，使廣大跑步愛好者不再承受不應有的運動損傷。跑步機成為健身設備中市場份額最大的產品。電動跑步機雖然提供了較好的鍛煉工具，但是如何科學的使用它，卻因人而異。由于跑步者在體質水平及健身知識方面的個體差異，其鍛煉效果也各自不同，而且跑步者不能像在路面上一樣自由跑動。經國家知識產權局專利局信息檢索中心檢索查新，其中接近的現有技術有2009 年徐開國申請的公開號為CN101874921A的發明專利“電動跑步機的自動調速方法及裝置”，在該發明方法中公開一種電動跑步機依據測距傳感器測試跑步者的位置而自動調速的方法，這種方法并沒有依據跑步者的真實加減速特征，跑步者的距離并不能作為加減速的意圖。其中接近的現有技術還有美國專利申請號為5368532的帶有自動調速系統的跑步機(TREADMILL HAVING AN AUTOMATIC SPEED CONTROL SYSTEM)，該發明專利中在跑板的前后方安裝有壓力傳感器，跑步者踩到前方的壓力傳感器視為加速信號，踩到后方的壓力傳感器視為減速信號。同樣，這種方法也沒有真實的提取跑步者的加速特征，跑步者可能只是不小心踩到，這是如果加速或減速，跑步者會有摔倒的危險，不夠安全也不智能。

發明內容
本發明的技術解決問題克服現有技術的不足，提供一種基于柔性陣列壓力傳感器的跑步機自適應調速系統，該方案依據跑步者在跑步過程中的足底壓力分布信息來實現對跑步機速度的自適應調節。本發明的技術方案是一種基于柔性陣列壓力傳感器的跑步機自適應調速系統， 包括柔性陣列壓力傳感器，實時獲取跑步者在跑步過程中的足底壓力分布信息，足底壓力分布信息包括步頻、步長、支撐時、騰空時、后蹬力；數據采集傳輸模塊，用以實時采集柔性陣列壓力傳感器檢測到的足底壓力分布信息，并通過通信接口將采集到的信息傳送至平板電腦；平板電腦，內有計算機控制模塊，依據柔性陣列壓力傳感器獲取的跑步者的步頻、 步長、支撐時、騰空時、后蹬力；通過機器學習，建立加速度與每兩步之間步長之差、步頻、后蹬力沿跑步機跑帶運動方向的分力、完成兩步的時間、跑步者的體重的關系模型計算得出加速度，并根據所得加速度向電機驅動模塊發送控制命令；同時保存依據個體特征建立的關系模型及鍛煉報告，并上傳至服務器；所述的兩步的時間為支撐時間加上騰空時間；電機驅動模塊，其接受平板電腦中計算機控制模塊發送的控制命令，控制電機的轉動速度，進而實現動態調節跑步機跑帶的速度。所述的柔性陣列壓力傳感器安裝在跑步機的跑板上側；在柔性陣列壓力傳感器之上貼有保護層，保護層之上固定有耐磨層，用于隔離在跑步過程中跑帶的摩擦，保護柔性陣列壓力傳感器。所述關系模型為加速度
權利要求
1.一種基于柔性陣列壓力傳感器的跑步機自適應調速系統，其特征在于包括柔性陣列壓力傳感器，實時獲取跑步者在跑步過程中的足底壓力分布信息，所述足底壓力分布信息包括步頻、步長、支撐時、騰空時和后蹬力；數據采集傳輸模塊，用以實時采集柔性陣列壓力傳感器檢測到的足底壓力分布信息， 并通過通信接口將采集到的信息傳送至平板電腦；平板電腦，內有計算機控制模塊，依據柔性陣列壓力傳感器獲取的跑步者的步頻、步長、支撐時、騰空時、后蹬力；通過機器學習，建立加速度與每兩步之間步長之差、步頻、后蹬力沿跑步機跑帶運動方向的分力、完成兩步的時間、跑步者的體重的關系模型計算得出加速度，并根據所得加速度向電機驅動模塊發送控制命令；同時保存依據個體特征建立的關系模型及鍛煉報告，并上傳至服務器；所述的兩步的時間為支撐時間加上騰空時間；電機驅動模塊，其接受平板電腦中計算機控制模塊發送的控制命令，控制電機的轉動速度，進而實現動態調節跑步機跑帶的速度。
2.根據權利要求1所述的基于柔性陣列壓力傳感器的跑步機自適應調速系統，其特征在于所述的柔性陣列壓力傳感器安裝在跑步機的跑板上側；在柔性陣列壓力傳感器之上貼有保護層，保護層之上固定有耐磨層，用于隔離在跑步過程中跑帶的摩擦，保護柔性陣列壓力傳感器。
3.根據權利要求1所述的基于柔性陣列壓力傳感器的跑步機自適應調速系統，其特征在于所述關系模型計算得出加速度
全文摘要
一種基于柔性陣列壓力傳感器的跑步機自適應調速系統，包括柔性陣列壓力傳感器、數據采集傳輸模塊、平板電腦、計算機控制程序、電機驅動模塊等，電機驅動模塊連接電機，驅動電機轉動，電機帶動跑步機跑帶轉動。在本發明中，通過在跑步機的跑板上側安裝柔性陣列壓力傳感器，實時獲取跑步者在跑步過程中，跑步者的步頻、步長、支撐時、騰空時、后蹬力等參數，由所建立的加速度與每兩步之間步長之差、步頻、后蹬力沿跑帶運動方向的分力、完成兩步的時間(支撐時+騰空時)、跑步者的體重的關系模型計算得出加速度，并根據所得加速度向電機驅動模塊發送控制命令，調節電機轉速，進而實現跑步機的速度自適應。
文檔編號A63B22/02GK102319503SQ201110315778
公開日2012年1月18日 申請日期2011年10月18日 優先權日2011年10月18日
發明者周旭, 唐城, 夏懿, 姚志明, 孫怡寧, 李文, 李春麗, 楊先軍, 馬祖長 申請人:中國科學院合肥物質科學研究院